SU872976A1 - Способ локального определени концентрации окрашивающей примеси в кристаллах - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к способам определени  концентрации примеси в . кристаллических материалах и может найти применение в химической промышленности при контроле процессов выращивани  монокристаллов, содержащих окрашивающие примеси, и дл  опре делени  концентрации примесей в гото вых издели х. Известны способы определени  концентрации примесей в кристаллах, которые условно можно разбить на две группы; к первой группе относ тс  способы олределени  концентрации окрашивающей примеси, изоморфновход щей в узел кристаллической решетки ко второй - способы определени  суммарной концентрации примеси, вход щей как в узлы кристаллической решет ки, так и наход щейс  вне их. Известен способ первой группы (оп тический), заключающийс  в том, что концентрацию примеси определ ют по интенсивности поглощени  в максимуме полосы. При Атом концентра цао примеси определ ют в большом объеме кристалла . Например,;о концентрации изоморфного хроМа в кристалле рубина суд т по интенсивности поглощени  в максимуме полосла U обыкновенной волны 555 нм. Измерени  обычно провод т на спектрофотометрах СФ-4 или СФ-8. Дл  измерени  необходимы плоскопараплельные образцы Недостатками этого способа  вл ютс  отсутствие возможности локального определени  концентрации примеси, так как локальность определени  не может быть меньше 1 мм, что обусловлено недостаточной чувствительностью, прибора, необходимость изготовлени  образцов определенной конфигурации с помощью сложной механической обработки . Кроме того, если образец вырезан под углом к оптической оси кристалла или параллельно ей, то дл  измерени  поглощени  обыкновенной волны необходимо пользоватьс  пол ризованным светом.

Известен способ второй группы (способ эмиссионного спектрального анализа), позвол ющий определить сзгммарную концентрацию примеси в объеме кристалла и заключающийс  в том, что измер ют интенсивность излучени  атомных линий при возбуждении спектров в дуговом источнике. Способ осуще4:твл етс  с помощью спектрографа ИСП-28 и генератора ДГ-2 2.

Недостатками этого способа  вл ютс  разрушение образца {т.е. это способ разрушающего контрол ) и отсутствие возможности локального определени  концентрации примеси.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  способ микрорентгеноспектрального опрецелеии  суммарной концентрации примеси Этот способ локального определени  концентрации примеси заключаетс  в том, что на малый объем исследуемой поверхности, выбранной с помощью оптического микроскопа, направл ют сфокусированный пучок электронов (электронный зонд). Под вли нием электронной бомбардировки облучаемый микрообъем диаметром 2-5 мкм дает характеристическое рентгеновское излучение, позвол ющее получить информацию о суммарной концентрации исследуемой примеси при сопоставлении с характеристическим излучением эталонного образца. Дл  определени  распределени  концентрации примеси в различных точках образца примен ют сканировани Исследование провод т с помощью приборрв , например, типа MAP(СССР), JXA (Япбни ), Caffleca (франци ). Размер исследуемого кристалла не может быть более мм, что обусловлено размером камеры, в которую помещают излучаемыйобразец. Оборудование обслуживает высококвалифицированный персонал. Дл  размещени  прибора необходимо помещение площадью не менее 15 м . Точность определени  локальной концентрации примеси 15% ГЗ.

Недостатками этого способа  вл ютс  необходимость использовани  дорогосто щего оборудовани , слож .иого в эксплуатации, размеры образцов дл  исследовани  не могут превышать 13x15 мм. Кроме того, работы провод тс  с рентненовским излучением .

В св зи с необходимостью получени  оптически однородных монокристаллов уже недостаточно иметь информацию только о суммарной концентрации примеси или о концентрации примеси, изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки. Необходимо знать ту .или другую величину, причем нужна информаци  не об общем содержании

примеси, а о ее локальном ,распределении .

Цель изобретени  - упрощение процесса и одновременное определение . суммарной концент рации примеси и концентрации примеси, изоморфно вход -щей в кристалл.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу локального определени  концентрации окрашивакицей

примеси в кристаллах, включающему сканирование образца, о концентрации суд т по относительной интенсивности почернени Есу 3/2(gJ(j фотопленки, получаемой экспонированием образца в отраженном свете в оптическом микроскопе , при этом величину концентрации С определ ют, исход  из зависимости gtl/lgtlo f (с), где 3 - интенсивность почернени  исследуемого образца/ Зо - интенсивность почернени  нулевого образца.

На чертеже представлен график градуировочной зависимости {дЗ/1д п f(c).

Способ осуществл етс  следук цим образом.

Образец, концентрацию окрашивакнцей примеси в котором необходш о определить , и контрольный образец, не содержащий примеси (нулевой образец) , фотографируют на отражение на одной пленке с помощью оптического микроскопа . На эту,-же пленку впечатывают стандартный ослабитель, пленка промываетс  и закрепл етс . Затем эту плейку сканируют и фотометрируют. Зна  табличные данные интенсивности почернени  ступеней ослабител , прежде всего стро т характеристическую кривую дл  данного ослабител , а затем

полученное значение почернени  в отдельных точках исследуемого и нулевого образца пересчитывают по характеристич ской кривой и определ  ют значение логарифмов интенсивности нулевого ig Q и исследуемого образца 1дЗ . Зна  отношение Ig3/tg и предварительно построив градуировочную кривую lgt /lgtljj f (с) дл  образцов с известной концентрацией примеси, определ ют концентрацию примеси в исследуемом образце. Одновременное фотографирование исследуемого, нулевого образца и стандартного ослабител , а затем про вление и закрепление фотопленки, по- звол ют избежать ошибки, св занной с услови ми зкспонировани  и обработки фотопленки. Услови  съемки подбираютс  таким образом, что почернение образцов соответствует линейному участку характеристической кривой. Если имеетс  пропорциональность ме оду концентрацией примеси изоморфно замещающей узлы кристаллической решетки и не вход щей в них, то по градуировочной кривой определ етс  суммарна  концентраци  примеси и концентраци  примеси , изоморфно вход щей в кристалл.

Предлагаемый способ прост в исполнении , состоит фактически из двух простых операций: фотографировани  выбранного участка поверхности образц н последующего фотометрировани  фотопленки , не Ti)e6yeT специального сложного дорогосто щего оборудовани , нет необходимости работать с рентгеновским излучением, позвол ет одновременно определ ть суммарную концентрацию примеси и. примесн, изоморфно вход щей в кристалл. Локальность определени  концентрации примеси I мкм. Ошибка определени  концентрации не превьшает 15%.

Пример 1. Определение, распределени  концентрации хрома в монокристаллах рубина. Прежде всего стро т градуировочную кривую. Дп  зтого берут набор образцов с известной,в значительной мере отличагадейс  концентрацией примеси. Каждый из зтих образцов одновременно с образцом, не содержащим хрома (нулевым образцом ) , фотографируют на отражение на оптическом микроскопе МИМ-7 при увеличении X 70-200. На эту же пленку впечатывают стандартный ослабитель. Врем  зкспонировани  при впе атывании стандратного ослабител  такое же, как и при экспонировании . Пленку про вл ют, закрепл ют, затем фотометрируют со сканированием на микрофотометре МФ-4. Стро т характеристическую кривую дл  стандартного ослабител  и по ней, зна  величину почернени  фотопленки в месте, где сфотографирован образец с хромом и нулевой образец, определ ют величины и Ig tlo- Зна 

величину отношени  vlgD/-tgtJo дл  образцов с известной концентрацией как суммарного хрома, так и хрома, изоморфно вход щего в кристалл, стро т градуировочную зависимость -1дЗ/1дЗо. f(с) см. черт. Дл  определени  концентрации хрома в исследуемом образце провод т те же операции, что и при построении градуировочной кривой.

0 Исследуемый образец и нулевой образец одновременно фотографируют на микроскопе МИМ-7 на отражение. На зту же пленку впечатывают стандартный ослабитель , пленку про вл ют, закрепл ют,

5 фотометрируют со сканированием на

микрофотометре МФ-4. Стро т характе- ; ристическую кривую дл  стандартного ослабител  и по ней, зна  величину . почернени  пленки дл  исследуемого

0 и нулевого образца, определ ют и 1дЗо в каждой точке. В данном случае дл  исследуемого образца ,32, отношение Ig3/lgtl j 0,84j суммарна  концентраци  хрома 610 %, концентраци  хромаi изоморфно вход щего в исследуемый кристалл, равна ДНО. Зна  величину С в различных участках кристалла, получают информацию о распределении хрома по объему всего

n кристалла.

Пример 2. Определение концентрации железа в монокристаллах рутила. Провод тс  те же самые ..one-, рации, что и при осуществлении примера 1. Стро т градуировочную кривую

g3 ig«e f (с) . По ней, зна  в каждой точке почернение фтопленки дл  исследуемого и нулевого образца и построив предварительио характеристическую криВ1ую дл  ставдартного ослабител , опре0 дел ют отношение логарифмов интенсивности исследуемого и нулевого образца. По градуировочиой кривой определ ют концентрацию железа в исследуемом образце рутила. Аналогично можно.построS ить градуировочную кривую дл  определени  никел  в окиси алюмини , иттри  в алюмоиттриевом гранате, хрома в алюмомагниевой шпинеди и т.д.

В таблице представлены сравнительные характеристики предлагаемого оп . тического и микрорентгеноспектрального способов.

Из таблицы следует, что стоимость 5 оборудовани , необходимого дл  осуществлени  предлагаемого способа, в 50 раз меньше, чем дл  осуществлени  микрорентгеноспектрального,- требуетс  в 7 раз меньша  площадь и предлагаемый способ позвол ет определить суммарную концентрацию примеси и концентрацию изоморфно замещающей примеси , причем локально. Предлагаемый способ пшроко примен етс  дл  определени  локальных концентраций окрашивающих примесей, дл  решени  вопроса о неоднородности распределени  этих примесей в выращиваемых кристаллах , позвол ет проводить локальный неразрущающий контроль.

СпектрофотоОптический метр СФ-4, СФ-8

Микрорентгено- Микроанализаспектральный тор МАР-2

Определ етс  средн   4500 концентраци  примеси, изоморфно вход щей в кристалл

Определ етс  локально

15 40000 суммарна  концентраци  примеси

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ локального определения концентрации окрашивающей примеси в кристаллах, включающий сканирование образца, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и одновременного определения суммарной концетрации примеси и концентрации примеси, изоморфно входящей в кристалл, о концентрации примеси судят по относительной интенсивности почернения IgO/lg^o фотопленки, получаемой экспонированием образца в отраженном свете в оптическом микроскопе, при этом величину концентрации

   С. определяют, исходят из зависимости =f (с) где I - интенсивность почернения исследуемого образца,

   30 1₀ - интенсивность почернения нулевого образца.